專利名稱：一種多功能聚乳酸纖維及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及高分子材料領域，具體涉及多功能(抗紫外線輻射、防蚊蟲和導濕)聚乳酸(PLA)纖維及其制備方法。
背景技術：
我國是纖維生產大國，合成纖維產量已連續(xù)十五年居世界第一位，纖維及其紡織品的生產總值占我國⑶P的10%左右，出口創(chuàng)匯占1/4，在國民經濟中占十分重要地位，而目前我國化學纖維的發(fā)展存在以下問題首先，合成纖維的發(fā)展受到資源短缺的制約，合成纖維的原料90%以上依賴石油，而以現已探明的石油總量和消耗速度來計算，50年后纖維及其相關行業(yè)將處于“無米之炊”的狀況；其次，合成纖維的發(fā)展受到環(huán)境污染的制約，石油基化學纖維在自然界中不能降解，會帶來非常嚴重的“白色污染”，嚴重影響人們的生活質量。因此把合成纖維產業(yè)研究開發(fā)的重點轉向資源可再生生物可降解材料的研究開發(fā)至關 重要。再次，我國化纖生產仍以常規(guī)纖維為主，高新技術纖維開發(fā)滯后，合成纖維產量占世界重量的2/3，但功能化比例不足10%，遠低于發(fā)達國家30%以上的水平。因此，實現化學纖維的功能化和高性能化以提高纖維的附加值，增強市場競爭力符合我國化學纖維發(fā)展的需要。PLA資源可再生、生物可降解、生物相容性好，同時它是一種熱塑性高分子材料，可直接進行熔融紡絲制得纖維，目前，PLA的熔融紡絲技術已成熟，PLA可望替代石油基高分子材料成為化學纖維的原料，以解決合成纖維的發(fā)展所面臨的資源短缺和環(huán)境污染等問題。然而，目前，針對PLA纖維的功能化的研究和開發(fā)工作卻較少。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是為了解決現有PLA纖維功能化產品少的問題，開發(fā)出一種多功能PLA纖維，并提供一種制備多功能PLA纖維的方法。該多功能PLA纖維的抗紫外性能、防蚊蟲性和導濕性均較好，且該制備方法簡單，成本低。多功能聚乳酸(PLA)纖維的原料構成(按重量計)如下PLA 87 98. 5 份；偶聯劑修飾后的抗紫外無機納米粒子0. 5 3. O份；有機紫外線吸收劑0. 5 8份；防蚊蟲劑二氯二苯三氯乙烷0. 5 8份；所述的多功能PLA纖維，其特征在于PLA的粘均分子量為6. OX IO4 3. OX IO5 ;所述的多功能PLA纖維，其特征在于PLA中右旋乳酸單元的含量為0 IOmol所述的多功能PLA纖維，其特征在于抗紫外無機納米粒子為二氧化鈦、三氧化二鋁、二氧化硅、氧化鈰、氧化鐵、碳酸鈣和氧化鉛中的一種或多種；所述的多功能PLA纖維，其特征在于所述的偶聯劑為硅烷偶聯劑或鈦酸酯偶聯劑；
所述的多功能PLA纖維，其特征在于有機紫外線吸收劑為苯并三唑類或二苯甲酮類紫外線吸收劑。如2-羥基-4-正鋅氧基二苯甲酮、2，2’ - 二羥基_4，4’ - 二甲氧基二苯甲酮、2-羥基-4-甲氧基二苯甲酮、2-羥基-4-正庚氧基二苯甲酮、5-氯-2-羥基二苯甲酮、2-(2’ -羥基-3’，5’ -叔丁基苯基)-5-氯代苯并三唑、5-氯-2-(2’ -羥基_3’ -叔丁基-5’ -甲基苯基)苯并三唑和2-(2’ -羥基-5’ -叔辛基苯基)苯并三唑中的一種或多種；所述的多功能PLA纖維，其制備方法包括如下步驟(I)稱取一定量的抗紫外納米粒子(O. 01 O. 2g/mL)加入到體積濃度為60 95%的乙醇溶液中攪拌并超聲振蕩10 60分鐘，加熱至75 95°C，加入硅烷偶聯劑或鈦酸酯偶聯劑(體積濃度為I 10% )，攪拌恒溫反應3 5小時，然后過濾、洗滌、烘干，得硅烷偶聯劑或鈦酸酯偶聯劑處理的抗紫外納米粒子；(2)預先將PLA在真空烘箱中于50 120°C干燥8 48h ;
(3)取PLA87 98. 5份，偶聯劑修飾后的抗紫外無機納米粒子O. 5 3. O份，有機紫外線吸收劑O. 5 5份，防蚊蟲劑二氯二苯三氯乙烷O. 5 5份投入到高速混合器中干混3 5分鐘，然后在雙螺桿共混機中共混造粒，得PLA功能母粒，造粒溫度為160 220°C，轉速為50 150rmp，熔融共混時間為3 8分鐘；(4)將功能母粒在熔融紡絲機上經異形噴絲孔紡絲，得多功能PLA初生纖維，紡絲溫度為180 220°C，卷繞速度為1500 3000m/min ；(5)對初生纖維進行牽伸，得多功能PLA纖維，牽伸溫度為100 125°C，牽伸倍數為I 6倍；所述的多功能PLA纖維的制備方法，其特征在于所述的異形噴絲孔的形狀為三角形、三葉形、四葉形、多葉形、中空形、異形中空形、菱形、T字形或十字形截面等。有益效果本發(fā)明的多功能PLA纖維具有抗紫外、防蚊蟲和導濕功能，且其力學性能與普通PLA纖維比幾乎無差異；本發(fā)明的制備方法簡單，成本低，可規(guī)?；a。
具體實施例方式下面結合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。應理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不限制本發(fā)明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內容之后，本領域技術人員可以對本發(fā)明各種改動或修改，這些等價形式同樣落入本申請所附權力要求書所限定的范圍。實施例I(I)稱取10克二氧化硅(O. 05g/mL，粒徑為30nm)加入到體積濃度為60%的乙醇溶液中攪拌并超聲振蕩30分鐘，加熱至80°C，加入KH560 (體積濃度為2% )，恒溫反應4小時，然后過濾、洗滌、烘干，得KH560修飾的二氧化硅；(2)將PLA在真空烘箱中于70°C干燥24小時，稱取干燥的PLA 90份，KH560修飾后的二氧化硅I. O份，2-羥基-4-正鋅氧基二苯甲酮5份，防蚊蟲劑二氯二苯三氯乙烷4份投入到高速混合器中干混3分鐘，然后在雙螺桿共混機中共混造粒，得PLA功能母粒，造粒溫度為170°C，轉速為75rmp，熔融共混時間為5分鐘；(3)將功能母粒在熔融紡絲機上經四葉形噴絲孔紡絲，得多功能PLA初生纖維，紡絲溫度為190°C，卷繞速度為2000m/min ；(4)對初生纖維進行牽伸，牽伸溫度為110°C，牽伸倍數為3倍，得具有抗紫外、防蚊蟲和導濕功能的PLA纖維，所得單根纖維的線密度為I. 53旦尼爾，日光紫外線(UVA)透射比為O. 503，日光紫外線(UVB)透射比為O. 172，紫外線防護系數UPF為62。實施例2(I)稱取10克二氧化鈰(O. 06g/mL,粒徑為50nm)加入到體積濃度為80%的乙醇溶液攪拌并超聲振蕩45分鐘，加熱攪拌至85°C，加入KH560 (體積濃度為3% )，恒溫反應5小時，然后過濾、洗滌、烘干，得KH560修飾的二氧化鈰；(2)將PLA在真空烘箱中于75°C在真空干燥15小時，稱取干燥的PLA 88份，KH560修飾的二氧化鈰2份，2-(2’_羥基-3’，5’-叔丁基苯基)-5-氯代苯并三唑5份，防蚊蟲劑二氯二苯三氯乙烷5份投入到高速混合器中干混3分鐘，然后在雙螺桿共混機中共混造粒，得PLA功能母粒，造粒溫度為175°C，轉速為lOOrmp，熔融共混時間為4分鐘；(3)將功能母粒在熔融紡絲機上經三葉形噴絲孔紡絲，得多功能PLA初生纖維，紡絲溫度為195°C，卷繞速度為2500m/min ；(4)對初生纖維進行牽伸，牽伸溫度為110°C，牽伸倍數為5倍，得具有抗紫外、防蚊蟲和導濕功能的PLA纖維，所得單根纖維的線密度為I. 18旦尼爾，日光紫外線(UVA)透·射比為O. 305，日光紫外線(UVB)透射比為O. 105，紫外線防護系數UPF為86。
權利要求
1.一種多功能聚乳酸(PLA)纖維的原料構成(按重量計)如下PLA 87 98. 5 份； 偶聯劑修飾后的抗紫外無機納米粒子0. 5 3. O份； 有機紫外線吸收劑0. 5 8份； 防蚊蟲劑二氯二苯三氯乙烷0. 5 8份。
2.根據權利要求I所述的多功能PLA纖維，其特征在于PLA的粘均分子量為6.OXlO4 3. 0X105。
3.根據權利要求I所述的多功能PLA纖維，其特征在于PLA中右旋乳酸單元的含量為O IOmol % ο
4.根據權利要求I所述的多功能PLA纖維，其特征在于抗紫外無機納米粒子為二氧化鈦、三氧化二鋁、二氧化硅、氧化鈰、氧化鐵、碳酸鈣和氧化鉛中的一種或多種。
5.根據權利要求I所述的多功能PLA纖維，其特征在于所述的偶聯劑為硅烷偶聯劑或鈦酸酯偶聯劑。
6.根據權利要求I所述的多功能PLA纖維，其特征在于有機紫外線吸收劑為苯并三唑類或二苯甲酮類紫外線吸收劑。如2-羥基-4-正鋅氧基二苯甲酮、2，2’- 二羥基-4，4’- 二甲氧基二苯甲酮、2-羥基-4-甲氧基二苯甲酮、2-羥基-4-正庚氧基二苯甲酮、5-氯-2-羥基二苯甲酮、2_(2’ -羥基_3’，5’ -叔丁基苯基)-5-氯代苯并三唑、5-氯-2-(2’ -羥基-3’ -叔丁基-5’ -甲基苯基)苯并三唑和2-(2’ -羥基-5’ -叔辛基苯基)苯并三唑中的一種或多種。
7.根據權利要求I 6任一項所述的多功能PLA纖維，其制備方法包括如下步驟 (1)稱取一定量的抗紫外納米粒子(O.01 O. 2g/mL)加入到體積濃度為60 95%的乙醇溶液中攪拌并超聲振蕩10 60分鐘，加熱至75 95°C，加入硅烷偶聯劑或鈦酸酯偶聯劑(體積濃度為I 10% )，攪拌恒溫反應3 5小時，然后過濾、洗滌、烘干，得硅烷偶聯劑或鈦酸酯偶聯劑處理的抗紫外納米粒子； (2)預先將PLA在真空烘箱中于50 120°C干燥8 48h; (3)取PLA87 98.5份，偶聯劑修飾后的抗紫外無機納米粒子O. 5 3. O份，有機紫外線吸收劑O. 5 5份，防蚊蟲劑二氯二苯三氯乙烷O. 5 5份投入到高速混合器中干混3 5分鐘，然后在雙螺桿共混機中共混造粒，得PLA功能母粒，造粒溫度為160 220°C，轉速為50 150rmp，熔融共混時間為3 8分鐘； (4)將功能母粒在熔融紡絲機上經異形噴絲孔紡絲，得多功能PLA初生纖維，紡絲溫度為180 220°C，卷繞速度為1500 3000m/min ； (5)對初生纖維進行牽伸，得多功能PLA纖維，牽伸溫度為100 125°C，牽伸倍數為I 6倍。
8.根據權利要求6中所述的多功能PLA纖維的制備方法，其特征在于所述的異形噴絲孔的形狀為三角形、三葉形、四葉形、多葉形、中空形、異形中空形、菱形、T字形或十字形截面等。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多功能聚乳酸(PLA)纖維及其制備方法，多功能PLA纖維組成(按重量計)配比為PLA為87～98.5份，偶聯劑修飾后的抗紫外無機納米粒子為0.5～3.0份，有機紫外線吸收劑為0.5～8份，防蚊蟲劑二氯二苯三氯乙烷0.5～8份。多功能PLA纖維的制備方法，包括(1)按上述配比稱取PLA、抗紫外無機納米粒子、有機紫外線吸收劑和防蚊蟲劑預混后熔融共混造粒，得PLA的功能母粒；(2)將PLA的功能母粒在熔融紡絲機上經異形噴絲孔紡絲得PLA初生纖維；(3)將初生纖維牽伸得PLA多功能纖維。所得PLA纖維具有抗紫外、防蚊蟲和導濕功能，可用作功能紡織品的原料。
文檔編號D01F1/10GK102936759SQ20121052934
公開日2013年2月20日 申請日期2012年12月11日 優(yōu)先權日2012年12月11日
發(fā)明者劉慶生, 鄧炳耀 申請人:江南大學